1. 为何需求硬件毛病植入？
在许多硬件在环(HIL)试体系中，硬件毛病植入用于在电子操控单元(ECU)与体系其他部分之间增加信号毛病，然后测验、特性描绘或验证ECU在特定失效条件下的功用。 毛病植入一般用于特定ECU(如轿车、飞机、航天器和机械的 ECU)需求对毛病条件发生已知且可接受的呼应的状况。 这一操作需求将毛病植入单元(FIU)装置到测验体系I/O接口和ECU之间，使测验体系可在正常运转与毛病状况 (如电池短路、接地短路或开路)之间切换。
图1显现了FIU怎么装置到HIL测验体系中。 请留意，毛病植入可做为I/O与ECU之间的闸口。
图1.动态测验体系中FIU的典型装置方位。
2. FIU的架构
FIU的一个常见装备是“毛病总线拓扑”(Fault bus topology)，每个通道可对一个或多个毛病总线开路或短路。 在此拓扑中，每个FIU通道均由3个单刀单掷(SPST)继电器组成。 通道的第一组继电器用作为通路 (Pass-through)，在默许运转形式下，此继电器处于封闭状况，且FIU不受ECU与测验体系的影响。
图2. 默许运转形式下的FIU，一切信号均可经过
开路毛病
假如要仿真开路或中止毛病，测验运用与待测设备(DUT)之间的信号线应处于开路状况，以确认信号中止之后待测设备的呼应。 用户可断开此继电器来模仿意外断电或开路状况，或许在规则的时刻距离内闭合继电器，模仿间歇性衔接或接触不良的状况。
Figure 3. 图3. 运用FIU在通道1上模仿开路毛病
接地短路或电源短路
若要模仿接地或电源短路，则将信号线从外部毛病线路或毛病总线衔接至待测设备。 毛病总线可装备为仿真电源线、体系接地或体系的其他电源。
图4. 运用FIU在通道1上模仿电源短路毛病
引脚间短路s
假如要模仿引脚间短路，可将待测设备的信号线路衔接至1个或多个额定待测设备信号线。
图5.运用FIU在通道0和通道1之间模仿引脚间短路毛病
3. 根据PXI的FIU的优势
PXI具有触发与同步功用，是抱负的FIU环境。 因为HIL测验体系一般运用根据PXI的I/O，因此PXI也可供给仿真度极高的开关信号。 这些体系一般经过嵌入式实时处理软件(如 NI VeriStand)来进行操控，因此根据PXI的FIU可让工程师轻松地经过编程来挑选和操控运转其模型与测验序列的接口的毛病。 NI最近刚发布了其首款FIU -NIPXI-2510, 这是一款专为HIL运用所规划的68通道150 V 2 A FIU。 NI PXI-2510具有68个馈通(Feedthrough)通道，对一个或两个毛病总线开路或短路。 此外，每个毛病总线包括一个4×1输入多路复用器，因此用户可经过软件操控植入更多类型和数量的毛病，因此具有更高灵活性
图6. NI PXI-2510 68通道2 A FIU
除了可轻松集成HIL测验体系之外，NI PXI FIU还具有安全性、牢靠性和衔接性等硬件相关的优势。
安全性
因为毛病植入往往需求高电压与电流，且安全性是HIL运用的重中之重，因此NI在规划FIU时特别重视安全性。 具体来说，一切NI FIU均兼容IEC 61010-1国际标准，且规划均经过第三方组织(如 UL)的查验。 最终，每个FIU在发货之前均先经过测验，以确保其功用性与安全性。
牢靠性
与安全性相同， 牢靠性也是长时间测验一个首要考虑要素。 尽管机电式继电器均声称可运转数百万个周期，但在正常负载条件下其运用寿数仍十分有限。 为了进步长时间牢靠性，PXI-2510集成了板载继电器计数盯梢，可让用户了解继电器已运转的周期数。 这也有助于用户决议何时进行保护与替换。 PXI-2510还供给用户可替换的继电器套件，用户可在继电器生命周期完毕呈现正常继电器毛病时自行进行替换。 别的，运用过程中，不行预见的状况也会导致继电器因为电压或电流过高而呈现意外损坏，在这种状况下，用户可替换的继电器套件就派上用场了。 最终，为确保机械牢靠性，每个FIU的规划均有必要经过加快寿数测验 (Highly accelerated life test，HALT)，以确保FIU在高振荡环境中的机械完好性，因此可在恶劣环境中运用。
衔接性
因为毛病植入运用往往触及很多通道，且有必要运用高电压/电流，因此在布线和衔接时有必要十分留意，但这一点往往简单被忽视。 PXI-2510供给了三种衔接方法 – 螺丝接线端、裸线以及DIN衔接器。 这三种衔接方法经过专门规划，确保了安全性、牢靠性以及信号接线端屏蔽功用，然后供给了完好的衔接解决方案。 这种规划可下降噪声和串扰现象，一起还可削减体系辐射。
如需进一步了解PXI-2510的接线选项，可检查“怎么衔接信号至PXI-2510”教程。.
除了专为毛病植入规划的产品之外，NI还供给各种通用的开关产品，可用于自行规划毛病植入拓扑结构。 其间一个比如是NI PXI-258610通道12 A SPST模块，该模块可用于创立多重毛病植入拓扑，包括3通道双总线FIU和9通道单总线FIU，概况可参看本教程。如需了解可用于毛病植入运用的NI开关完好列表，可参看NI开关选型攻略.
4. 将PXI FIU集成至HIL测验体系
在挑选FIU时，体系集成 (包括软件在内)是最终一个要考虑的重要要素。 在Windows环境中，可经过专门用于开关调试的图形化东西NI-SWITCH软件前面板(SFP)来装备和测验PXI FIU。 关于自动化操控，内含的NI-DAQmx硬件驱动结合LabVIEW Real-Time和Windows，可经过编程拜访模块的一切功用。
HIL测验体系一般经过NI VeriStand进行操控，NI VeriStand是一个用于装备实时测验运用的现成软件环境。 用户也可经过NI VeriStand轻松操控NI PXI FIU，这意味着用户可在同一个环境中办理FIU；装备Real-Time I/O、鼓励装备文件、数据日志和警报；开发操控算法/体系仿真；创立运转时可修改的用户界面等。 如需进一步了解怎么运用NI VeriStand装备PXI-2510，可参看 “在NI VeriStand中运用NI PXI-2510”在线教程。
图7. 经过NI VeriStand操控FIU
针对更高档且高时效性的操控，每个FIU模块可经过PXI背板传送/接纳触发信号。 输入触发信号将可让开关提早至FIU硬件上加载的预界说列表中的下一个毛病方位。 输出触发信号则可用于发动PXI体系中其他仪器的丈量作业。 关于自动化测验运用，实时仿真的触发信号可经过毛病条件发送至序列，而关于需求更杂乱序列和动态毛病操控的运用，一个或多个FIU可运用PXI FPGA模块经由PXI背板发送/接纳触发信号。
定论
假如运用对ECU牢靠性要求十分高，则应考虑运用FIU。 NI所供给的软硬件架构均可将FIU集成至HIL测验体系中来提高设备的安全性与牢靠性
